输变电设备与状态在线监测与诊断技术现状和前景

输变电设备与状态在线监测与诊断技术现状和前景

赵文升

（国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030006）

摘要：通过对国内外输变电设备状态在开发以及应用现状中的问题进行分析，对于其中存在的共性问题进行了概括，希望可以让相关问题得到重视，促进在线监测以及诊断技术的发展和研究创新。

关键词：输变电设备；在线监测；诊断技术；现状；发展前景

1．输变电设备状态在线监测与诊断技术的重要性

近几年由于输变电设备自身故障而引发的电网事故正在逐年增加，基本上占到了一半的比例。将国内外的大面积停电事故进行分析总结，危及电网安全的因素不仅存在于输变电设备的故障，电网故障也是很大的原因。

2.在线监测和智能诊断技术特点

在线监测技术的研究始于20世纪80年代初，最近10年来，随着计算机通信技术，微处理器技术，故障诊断技术和多传感器信息融合技术的发展，一次设备在线监测技术达到了实用化阶段并不断进步。目前其研究重点转移到监测项目完善，研究符合智能电网建设需求的智能变电站在线监测与智能诊断系统。

（1）信息共享平台化。支持信息一体化平台化的要求，站内数据信息共享；满足集中监控，顺序控制，状态检修等要求；站控层一体化平台和电力数据网相连。

（2）信息展现一体化。站内系统信息平台把经过整合的信息资源展现给用户，提供给用户最全面的全方位监测和故障诊断信息，大大提高了信息系统的效率。

（3）监测目标全景化。对整个变电站关键设备包括变压器，开关设备等进行全面的状态监测，实现监测目标全景化。

（4）系统构架网络化。网络结构分为站控层，间隔层，过程层三层网络结构，系统按照IEC61850协议进行网络化的数据传输和网络化控制。

（5）设备状态可视化。系统基于自监测信息和经由信息互动获得的设备其他信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使设备状态在电网中是可观测的。

（6）全站信息数字化。对高压设备本体或部件进行智能控制所需设备状态参量及进行就地数字化测量。测量结果可根据需要发送至站控层网络或/和过程层网络。设备状态参量包括开关设备分合闸状态，OLTC分接位置等。

（7）监测功能模块化。监测功能可根据需求对监测项目进行灵活配置，各监测功能模块基于统一的通信协议，具有即插即用得特点。

（8）通信协议标准化。全站实现通信协议标准化（IEC61850标准）站控层具有智能高级应用，可以向外部提供统一的网络服务接口。

3.在线监测和智能诊断技术分析

电力工业的不断发展促进智能电网的出现，随着智能电网的逐步普及，智能变电站的应用也相应拓展，而且已经成为新建变电站的主要形式。智能变电站拥有先进的技术导则和智能设备，也具有可靠、集成、低碳、环保的特点。智能变电站的基本要求将全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为标准，实现各种准确信息的共享利用，通过先进技术的提升作用，电网的设置逐步智能和优化，可自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，甚至实现与相邻变电站、电网调度等的互动，所以这些已经对变电站的一次设备状态在线监测提出更高要求。

一次设备的在线监测功能在物理、化学和电气等领域的特性较为明显，通过采集、分析各种获取的信息，对设备的实用性和周期进行预测，可以及早判处故障，进行预防性处理，为设备的后期检修提供充足的依据。在变电站的智能建设方面，其设备和技术必须达到智能化要求，对获取的信息进行就地处理，检查设备的自身安全状况。智能变电站的一次设备在线监测和诊断技术主要通过传感器的实时监控来实现，对采集的相关信息进行分析和评估，促进变电站智能化的健康发展。

4．在线监测与诊断技术的原理及方法

4.1在线监测系统基本框架

集控式以及对象分布式是输变电设备在线监测与诊断系统运行的主要原理方案。根据目前发展趋势可知，其发展的主流是集成分布式系统。集成分布式系统包含了多个单元，分别是预报决策、状态识别（诊断）、数据处理、信息监测以及传输等。信息的检测与传输可以根据不同的诊断目的以及检测对象，选择与之相对应的传感器对设备运行状态特征量信息进行反映。针对部分集中在控制室或者需要进行远程诊断的在线监测系统，则应该将采集到的信息通过光纤信号或者电缆等，传输到数据处理单元。后台机综合处理以及前台机预处理等，是数据处理的主要方式，其作用主要有维数压缩和电磁干扰抑制，将设备最终诊断故障特征进行提取。状态识别需要经过的流程环节有运行经验、历史数据、专家知识、有效数据与导则，根据以上对其进行分析比较，然后再对其故障进行定位和分类，并且对故障的严重程度进行判断。该系统会对设备的绝缘安全运行时间以及故障的发展趋势进行评估，以便为状态维修决策提供更多地支持。

4.2诊断技术与系统

对信号的特征进行提取以及抑制干扰，需要将传感器采集到的信号做出处理，处理方式有时频分析、频域分析和时域分析。传感器的多维化和精密化、智能化是诊断技术在未来的发展趋势。智能化诊断方法主要有专家统筹、进化计算、神经网络、模糊逻辑等。

4.3集成式专家系统与在线监测装置的稳定性

在线监测装置的稳定性对于该技术的应用和推广具有相当重要的作用，影响在线监测装置的稳定性因素主要有技术问题以及制造工艺的问题。在其中，最为主要的问题有元器件的老化、电磁兼容性和现场维护等。所以需要跟厂商确认更换周期以及免维护时间。防电磁干扰一直是重点和难点，通过一系列的研究，采用硬件与软件的结合在实验室已经可以达到较高的精度。

5.在线监测与诊断技术的发展前景

根据现在的发展状况来看，“状态维修”将在很长一段时间内依赖于状态监测技术以及设备状态监测，但是目前的状态维修只单纯的对在线监测结果进行依赖是不行的，其主要原因有三点，分别是在线诊断专家系统目前还不够完善，还处于不断的试运行以及研发的阶段；对于寿命预测以及设备老化的研究还不够成熟；在线监测系统的诊断导则、技术标准以及专家系统的智能化程度还不能达到要求。

6.结束语

随着现代科学技术的快速发展，制造技术越来越成熟和先进，虽然人们现在对于输变电设备状态的在线监测以及诊断技术方面，由于技术限制及其他方面的原因，而持有不同的意见，但是就如同电力系统综合自动化技术一样，在今后一定会成为电力行业技术管理水平提高的重要因素，同时成为电网安全运行水平的智能化关键技术。输变电设备状态在线监测与诊断技术国内外研发，在目前而言，其发展水平基本相当。但存在的问题比较多，尤其是开发产品的应用，但是通过对其不断地研发和实践，再加上人们对健康状况评估、对绝缘劣化以及寿命预测等技术不断的提升，为运行经验的总结和产品的制造提供了不少的帮助。因此，在线监测以及诊断技术产品的整体水平得到了一定的提升，同时也使其在高度智能化和高度可靠性上的发展道路上迈向了新的台阶。

参考文献：

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